Водохранилищный гидроузел (массивная бетонная гравитационная плотина и плотина из грунтовых материалов)

курсовик плотина.doc

Санкт-Петербургский Государственный Политехнический Университет
Инженерно-Строительный Факультет
По теме «Водохранилищный гидроузел»
Построение кривой связи расходов и уровней Q=f(УНБ) в створе водомерного поста3
МАССИВНАЯ БЕТОННАЯ ГРАВИТАЦИОННАЯ ПЛОТИНА3
1 Построение профиля плотины3
2 Определение нагрузок действующих на плотину5
3 Определение напряжений в сечении АВ в основании на отм. 92.07
4 Главные напряжения в краевых точках А и В8
5 Проверка устойчивости плотины9
ПЛОТИНА ИЗ ГРУНТОВЫХ МАТЕРИАЛОВ9
2 Расчет устойчивости откоса10
Построение кривой связи расходов и уровней Q=f(УНБ) в створе водомерного поста
Построим кривую связи расходов и уровней воды в НБ Q=f(h) в створе водомерного поста (рис.1) используя расчетные расходы и уровни заданные в исходных данных.
По кривой связи определим уровень воды в нижнем бьефе соответствующий Qосн - .
МАССИВНАЯ БЕТОННАЯ ГРАВИТАЦИОННАЯ ПЛОТИНА
1 Построение профиля плотины
Бетонная гравитационная плотина представляют собой сооружения масса которой обеспечивает ее устойчивость при воздействии всех приложенных к ней сил.
Определение наклонов верховой и низовой граней
Профиль массивной бетонной гравитационной плотины имеет в своей основе форму треугольника с вершиной на отметке НПУ верхнего бьефа; он носит название теоретического профиля и размеры его определяются действующими на него силами.
Примем наклон верховой грани n=01 и низовой грани m=07.
Определение отметки и ширины гребня плотины
Гребень плотины имеет отметку верха назначаемую с учетом ФПУ при пропуске чрезвычайного паводка высоты волны подъема воды перед плотиной запаса над волной зависящего от класса сооружения (для II класса сооружений =0.6м):
Ширину плотины по гребню b принимается в зависимости от вида транспортной магистрали прокладываемой по плотине. Поэтому ширину гребня плотины принимаем b=6 м.
Определение отметки подошвы плотины
где – отметка дна м (=97 м); – глубина залегания коренных пород м (= 5 м); - толщина среза.
Для организации цементационных работ устраивают бетонный зуб. В зубе устраивается цементационная галерея (паттерна) шириной 3 м. высотой позволяющая вести из нее цементационные работы и организовывать вдоль нее проезд.
Кратчайшее расстояние от отметки коренных пород до паттерны определяется по формуле:
где Н I – допустимый градиент фильтрации для бетона (I=10..20).
Для достижения фильтрационной прочности основания уменьшения фильтрационного расхода и снижения противодавления на подошву плотины в основании устраивают цементационные завесы. Глубина цементации определяется достижением водоупорных толщ.
Предварительно назначаем глубину завеса:
Диаметр скважин принимаем 20 см расстояние между скважинами по створу реки 3 м.
Принимаем две скважины.
Для контроля за состоянием плотины в процессе ее эксплуатации устраиваются смотровые галереи. Размеры галереи для прохода по ним с оборудованием назначаются в пределах 30 м по высоте и 25 м по ширине.
В процессе строительства смотровые галереи могут быть использованы для цементационных работ и потому расстояние между ними не должно превышать размеров двух карт цементации достигающих 10 – 12 м по высоте т.е. шаг галерей по высоте следует назначать в диапазоне 15-20м. Таким образом шаг галереи назначаем hгал=15м. Нижняя галерея должна находиться выше на 1 м уровня нижнего бьефа.
Приближение смотровых галерей к напорной грани определяется размещением уплотнений в межсекционных швах плотины и допустимым градиентом напора по условиям ограничения фильтрации через бетонный массив. При допустимых для бетона градиентах напора I=20 минимальное приближение галерей к напорной грани .
Смотровые галереи совместно с рядом вертикальных дрен в их створе образуют систему дренажа обеспечивающую эффективное снижение противодавления и водонасыщения бетона тела плотины. Скважины установлены методом протяжки асбестоцементных труб диаметром 15 см.
Шаг дрен не должен превосходить их приближения к напорной грани и составляет 2 – 3 м.
Профиль массивной бетонной гравитационной плотины представлен на рис.2.
2 Определение нагрузок действующих на плотину
Определение нагрузок действующих на плотину заключается в нахождении:
- собственного веса плотины ;
- гидростатического давления воды – горизонтальные составляющие гидростатического давления со стороны верхнего и нижнего бьефов; – вертикальные составляющие гидростатического давления со стороны верхнего и нижнего бьефов);
- противофильтрационное давление ();
- волновая нагрузка ( – горизонтальная и вертикальная составляющие);
- давления от наносов ( – горизонтальная и вертикальная составляющие).
Нагрузки действующие на плотину представлены на рис.3.
Собственный вес плотины
Ведем расчет одного погонного метра длины плотины. G1 приложена в центре тяжести плотины.
где удельный вес бетона
F – площадь простой фигуры
Гидростатическое давление воды
где удельный вес воды; - напор на верхнем бьефе м; - напор на нижнем бьефе м .
- давление фильтрующей воды на подошву плотины.
Давление ветровой волны
где – высота волны в водохранилище
- расчетное давление льда
Все вычисления представим в табличном виде (табл. 1)
= 3289.68 т = 56684.93 тм
= 218.6 т = 2517.02 тм
= -966.1 т = -17711.02 тм
= 1619.1 т = 32675.29 тм
3 Определение напряжений в сечении АВ в основании на отм. 92.0
Строительный случай (пустой бьеф)
Эксплуатационный случай (УВБ=150.0 УНБ=104.0 т.к. то рассчитываем по Рл=18тм)
а) без учета противодавления
б) с учетом противодавления
Эпюры напряжений представлены на рис.4.
4 Главные напряжения в краевых точках А и В
Рассматриваем эксплуатационный случай (без учета противодавления).
5 Проверка устойчивости плотины
Устойчивость определяется для эксплуатационного периода с учетом противодавления.
Критерием на сдвиг является:
- активная сила способная сдвинуть плотину по основанию; - коэффициент сочетания нагрузок от 1 до 11; R –реактивная сила удерживающая плотину от сдвига; - коэффициент надежности класса сооружения; - коэффициент условия работы.
Условие выполнено - плотина устойчива.
ПЛОТИНА ИЗ ГРУНТОВЫХ МАТЕРИАЛОВ
Заложение верхового и низового откосов
В грунтовой плотине заложение нижнего откоса определим по формуле:
где Кн - коэффициент надежности (Кн=1.2); φ- угол внутреннего трения грунтов (1tgφ=1.351).
Заложение верхнего откоса определим по зависимости:
Определение отметки гребня плотины
Важнейшим условием для определения отметки гребня плотины является запрет на переливание воды через гребень плотины. Для этого подсчитаем значение отметки гребня плотины ГрПл.
- высота наката волны на откос;
Примем ширину гребня равной 6 м (для предоставления возможности передвижения транспорту).
Профиль каменно-земляной плотины с ядром представлен на рис.5.
Противофильтрационный элемент
Исходя из гранулометрического состава первого карьера противофильтрационный элемент (ядро) выполняем из глины.
Толщину ядра по верху принимаем равной 2м.
Определение толщины ядра:
2 Расчет устойчивости откоса
См. рис. 6. Выбираем кривую обрушения и разбиваем ее части.
Подсчитываем массу каждой части и расстояние от ее оси до вертикали:
- допускаемый коэффициент запаса для сооружений II класса
=> Устойчивость откоса обеспечена.
СНиП 2.06.05-84. Плотины из грунтовых материалов
СНиП 2.06.06-85. Плотины бетонные и железобетонные

плотина1.dwg

Строительный случай (пустой бьеф)
Эксплуатационный случай
без учета противодавления
с учетом противодавления
Эпюра касательных напряжений
Рис.3. Статический расчет бетонной плотины
Рис.6. Расчет устойчивости откоса каменно-земляной плотины
Рис.4. Эпюры напряжений в точках А и В
Рис.1. Кривая связи расходов и уровней воды в нижнем бьефе
Рис.2. Профиль массивной бетонной гравитационной плотины М 1:500